Фтор, Virtual Laboratory Wiki, FANDOM Powered by Wikia
Фтор(F) — хімічний елемент VII а-групи періодичної системи Менделєєва, відноситься до галогенів, атомний номер 9, за нормальних умов елемент фтор знаходиться у вигляді двоатомних молекул F2 — газ блідо-жовтого кольору з різким запахом, що нагадує озон або хлор.
Зміст
Історія Правити
Перше з'єднання фтору - флюорит (плавиковий шпат) CaF2 - описано наприкінці XV століття під назвою "флюор". У 1771 Карл Шееле отримав плавикову кислоту.
Як один з атомів плавикової кислоти, елемент фтор був передбачений в 1810, а виділений у вільному вигляді лише 76 років через Анрі Муассаном в 1886 електролізом рідкого безводного фтористого водню, що містить домішка кислого фториду калію KHF2.
Походження назви
Назва «фтор» (від грец. φθόρος — руйнація), запропонована Андре Ампером у 1810 році, вживається в українській та деяких інших мовах; у багатьох країнах прийняті назви, похідні від латинського «Fluor» (яке походить, у свою чергу, від fluere — «текти», за якістю сполуки фтору, флюориту (CaF2), знижувати температуру плавлення руди та збільшувати плинність розплаву).
Поширення у природі
Зміст фтору в атомних відсотках у природі показано у таблиці:
У природі значні скупчення фтору містяться хіба що тільки в мінералі флюориті.
Певною мірою відносно багаті на фтор рослини сочевиця і цибуля.
Вмістом у ґрунті фтор зобов'язаний вулканічним газам, за рахунок того, що до його складу зазвичай входить велика кількість фтороводню.
Ізотопний склад
Фтор є «чистим елементом», тобто у природі міститься лише ізотоп фтору F19. Відомі 17 радіоактивних ізотопів фтору змасовим числом від 14 до 31. Найдовший з них є 18 F з періодом напіврозпаду 109,8 хвилини, важливе джерело позитронів, що використовується в позитрон-емісійної томографії.
Ядерні властивості ізотопів фтору
Магнітні властивості ядер
Ядра ізотопу 19 F мають напівцілий спин, тому можливе застосування цих ядер для дослідження ЯМР молекул. Спектри ЯМР-19 F є досить характерними для фторорганічних сполук.
Електронна будова
Електронна конфігурація атома фтору наступна: 1s 2 2s 2 2p 5 . Атоми фтору в сполуках можуть виявляти ступінь окислення рівну -1. Позитивні ступені окислення в з'єднаннях не реалізуються, оскільки фтор є електронегативним елементом.
Квантовохімічний терм атома фтору - 2 P3/2
Будова молекули
З погляду теорії молекулярних орбіталей, будову двоатомної молекули фтору можна охарактеризувати наступною діаграмою. У молекулі присутні 4 зв'язувальні орбітелі і 3 розпушують. Очевидно, що порядок зв'язку у молекулі дорівнює 1.
Кристалічні ґрати
Кристалічні грати фтору в твердому стані є монокліною гранецентрованою з наступними параметрами решітки:
Отримання Правити
Джерелом для виробництва фтору служить фтористий водень HF, що виходить переважно або при дії сірчаної кислоти H2SO4 на флюорит CaF2, або при переробці апатитів і фосфоритів.
Лабораторний метод
- У лабораторних умовах фтор можна отримувати за допомогою наведеної установки. У мідний посуд 1, заповнений розплавом КF·3НF поміщають мідний посуд 2, що має отвори в дні. У посудину 2 поміщають товстий нікелевий анод. Катод міститься впосудина 1. Таким чином, в процесі електролізу, газоподібний фтор виділяється з трубки 3, а водень з трубки 4. Важливою вимогою є забезпечення герметичності системи для цього застосовують пробки з фториду кальцію з мастилом з оксиду свинцю (II) і гліцерину.
- У 1986 році, під час підготовки до конференції з приводу святкування 100-річчя відкриття фтору, Карл Крісте відкрив спосіб чисто хімічного отримання фтору з використанням реакції у фтороводородном розчині K2MnF6 і SbF5 при 150 °C: [джерело?]
Промисловий метод
Промислове виробництво фтору здійснюється електролізом розплаву кислого фториду калію КF3НF (часто з додаваннями фториду літію), який утворюється при насиченні розплаву КF фтористим воднем до вмісту 40-41% HF. Процес електролізу проводять при температурах близько 100°З сталевих електролізерах зі сталевим катодом і вугільним анодом.
Фізичні властивості
Слабко світло-жовтогарячий газ, у малих концентраціях запах нагадує одночасно озон і хлор, дуже агресивний і отруйний.
Хімічні властивості
Найактивніший неметал, що бурхливо взаємодіє майже з усіма речовинами (рідкісні винятки — фторопласти), і з більшістю з них — з горінням і вибухом. Контакт фтору з воднем призводить до займання та вибуху навіть при дуже низьких температурах (до -252°C). В атмосфері фтору горять навіть вода та платина:
До реакцій, у яких фтор формально є відновником, відносяться реакції розкладання вищих фторидів, наприклад:
Фтор також здатний окислювати кисень утворюючи фторид кисню OF2
Зберігання
Фтор зберігають у газоподібному стані (під тиском) та в рідкому вигляді (при охолодженні рідким азотом) в апаратах з нікелю та сплавів на його основі (монель-метал), з міді, алюмінію та його сплавів, латуні, нержавіючої сталі.
Застосування
Застосування в хімії
Газоподібний фтор використовується для отримання:
- гексафториду урану UF6 з UF4, що застосовується для поділу ізотопів урану для ядерної промисловості.
- трифтористого хлору ClF3 - фторуючий агент і потужний окислювач ракетного палива
- шестифтористої сірки SF6 - газоподібний ізолятор в електротехнічній промисловості.
- фторидів металів (наприклад, W і V), які мають деякі корисні властивості
- фреонів - хороших холодоагентів
- тефлонів - хімічно інертних полімерів
- гексафтороалюмінату натрію - для подальшого отримання алюмінію електролізом
- різних сполук фтору
Ракетна техніка
З'єднання фтору широко застосовуються в ракетній техніці як окисник ракетного палива.
Застосування в медицині
З'єднання фтору широко застосовуються в медицині як кровозамінники.
Біологічна та фізіологічна роль
Фтор є життєво необхідним організму елементом. У людини фтор, переважно, міститься в емалі зубів у складі фторапатиту — Ca5F(PO4)3. При недостатньому (менше 0,5 мг/літр питної води) або надмірному (більше 1 мг/літр) споживанні фтору організмом можуть розвиватися захворювання зубів: карієсу та флюорозу (крапчастості емалі) та остеосаркоми, відповідно [2] .
Для профілактики карієсу рекомендується використовувати зубні пасти з добавками фтору або вживатифторовану воду (до концентрації 1 мг/л) або застосовувати місцеві аплікації 1-2% розчином фториду натрію або фториду олова. Такі дії можуть скоротити ймовірність появи карієсу на 30-50%.
Гранично допустима концентрація зв'язаного фтору [3] у повітрі промислових приміщеннях дорівнює 0,0005 мг/літр.